CN1846416B - 多载波信号接收机加权电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种接收机(1)的加权电路，该接收机是为接收由载波信号组成的多载波信号而设计的。按照本发明，通过加权电路(18)使所有被加权信号中的寄生信号能量强度都一样的办法来对载波信号加权。在本发明的一个优选实施方案中，该加权电路包括至少一个乘法器，该乘法器用储存的加权系数去乘选定的载波信号。所储存的加权系数对各种载波信号构成可信度信息。

Description

多载波信号接收机加权电路

本发明涉及一种多载波信号接收机的加权电路，该接收机用于接收包括载波信号的多载波信号，具体地说，涉及一种OFDM接收机。

对于多载波信号传输来说，数据信息是依靠多个载波信号传输的，这些载波信号具有不同的载波信号频率。已知的多载波接收系统有DMT和OFDM(正交频分多路复用)。特别是在移动无线电传输情况下，数据符号扩展或相互重叠。如果数据传输信道的延迟展开发生在数据符号期间的区域之内，则可能会出现强符号间干扰，除非采取适当对策，比方利用均衡器，要进行无差错解码是不可能的。但是，在应用高数据传输率情况下，这种信道均衡器非常复杂。而多载波可以避免这些缺点。在OFDM情况下，待传输的数据流被分离成多个部分，并通过各种各样的信号载波并行传输。各子信道对各自部分进行子调制。由于并行化降低了载波的数据传输率。因而减少了数据传输时符号间的干扰。OFDM接收机进行分离为子信道或载波信号的工作。在滤波、取样和解调制之后，该并行数据转换回一种串行的数据流。

图1表示的是多载波信号传输的一个信号谱。数据通过包括多个子-带SB_i的传输频带被传输。这些子-带SB_i通常具有同样的频带宽度Δ_f。在很多情况下，多载波系统的子-带SB_i多于1000个。在利用选频的多路信道进行传输期间，一个或多个衰减最大值，即幅度最小值，，可能会落入到该传输带内。这种情况下，比方，一个子-带SB_i可能位于衰减的最大值处，而另外一个子-带SB_i可能位于衰减的最小处。所以不同子-带SB的幅度是非常不一样的。在接近衰减最大值处，有用信号的幅度相对较小。如图1所显示的，由于传输信道衰减非常高，子-带SB_i的幅度非常小。

接收机除了接收有用信号之外，还可接收到在整个传输频带上基本保持不变的本底噪声N₀，以及外部的干扰信号。这些外部干扰信号可能是，比方，来自其他信号源的信号或者是电视信号。这些外部干扰信号NF叠加在本底信号N₀上形成一种累积的干扰信号，如图1所示。

接收机接收到的信号组成如下：

E＝N₀+NF(f)+S(f)                           (1)

这里，N₀是主要为平坦分布的本底噪声，NF(f)是与频率有关的干扰信号，S(f)是有用信号。

图2表示的是在现有技术基础上的一种多载波信号接收机。

该接收机包括一个用于调谐到所接收信号的调谐器，一个下游反混淆滤波器AAF和一个用于把接收的模拟信号转换为数字接收信号的模拟-数字转换器。在模拟-数字转换器的输出处，数字接收信号首先被提供给减法电路SUB和一个评估单元。这个评估单元计算累积的干扰信号。经评估的累积干扰信号可通过减法单元SUB从输入信号E中被扣除，使得在理想情况下，剩下的只是未受干扰的有用信号S，然后被进一步处理。图2显示的评估单元将ADC的输出信号与一个或多个待预期的干扰信号进行交互关联(Kreuzkorrelation)。

根据现有技术，在OFDM接收机的情况下，数据一个符号接一个符号地排成行，通过保护间隔相互之间被隔开。通常，未知的突发相位变化发生在数据符号之间。因此，为了减去具有正确相位的评估信号，评估单元要确定所接收信号和待预期的储存干扰信号之间的第一交互关联值，还要确定所接收信号和通过90°相移的待预期干扰信号之间的第二交互关联值。然后根据这些交互关联值评估单元可计算干扰信号的相位。这种相位计算极易受到误差的影响。

图2所示的传统多载波信号接收机的一个缺点是，对干扰信号的评估需要根据其大小和相位进行，故而造成评估困难而且容易受到误差影响。如果由于，例如，可供测量的时间太短，使评估结果‘测量时间“中的方差比较高的时候，对干扰信号的评估就成为一件不精确的事情。

评估的干扰信号和实际发生的干扰信号之间的差异越大，接收到信道解码器输出的数据流的位错率BER就越高。

所以本发明的目的就是提高多载波信号接收机的接收质量。

为达到这个目的，本发明借助一种用于多载波信号接收机的加权电路，其特点在专利权利要求1中指出。

本发明提供一种接收机加权电路，该接收机用于接收包括多个载波信号的多载波信号，其中加权电路对载波信号加权，使得在理想情况下，所有被加权的载波信号的干扰信号的能量大小相等。

在本发明加权电路的一个优选实施方案中，所述电路具有至少一个乘法器，该乘法器用储存的加权系数乘以相关的载波信号。

所储存的加权系数代表各种载波信号的可信度信息。子载波信号或载波信号上的噪声越大，相关的可信度或加权系数就越低。对于高水平噪声的子载波信号或高水平噪声的载波信号所施加的加权系数比给低水平噪声的载波信号所施加的加权系数小。

在一个优选实施方案中，加权电路具有可储存多个加权系数组G_i的存储器，各加权系数组G_i又包括多个加权系数g_i。

优选能够通过一种接口对存储器进行编程。

这样做可以使得加权系数与数据传输信道的传输性质匹配。

在另一个优选实施方案中，加权电路具有一个选择器，它从储存在存储器中的加权系数组中选择出一组特别的加权系数G_i。

就此，选择器根据一个预期的干扰信号能量优选地选择出一组加权系数。

在另一个优选实施方案中，选择器还根据干扰信号谱的最大值和多载波信号紧接的下一个载波信号之间的平均频率偏移量选择出一组加权系数。

优选通过计算电路将多载波信号分解为多个载波信号。

计算电路优选为一种快速傅立叶变换电路。

由计算电路分解的载波信号被优选缓冲储存在一个缓冲存储器中以便随后多次应用。

在第一实施方案中，预期的干扰信号能量可以在外部设置。

在可选的另一个优选实施方案中，预期的干扰信号能量由评估单元根据所接收的多载波信号进行计算。

下面将参考所附随的图，对本发明加权电路更多的优选实施方案和构成本发明基础的更多特点进行描述，其中：

图1表示一个接收信号的信号谱；

图2表示在现有技术基础上的一个多载波信号接收机；

图3表示含有本发明加权电路第一实施方案的一个多载波信号接收机；

图4表示含有本发明加权电路第二实施方案的一个多载波信号接收机；

图5表示含有本发明加权电路第三实施方案的一个多载波信号接收机；

图6表示含有本发明加权电路第四实施方案的一个多载波信号接收机；

图7表示本发明加权电路中一个可编程存储器的存储内容表；

图8表示一个用于解释本发明加权电路工作方式的流程图；

图9a表示在本发明加权电路的信号输入处一个多载波信号的幅度分布；

图9b表示在本发明加权电路的输出处，图9a所示的多载波信号的幅度分布；以及

图10表示一个用于解释本发明加权电路工作方式的信号谱。

图3表示含有本发明加权电路第一实施方案的一个多载波信号接收机1。该多载波信号接收机1包括一个用于调谐到所接收信号的调谐器2，该调谐器2具有一个与其下游相连接的反混淆滤波器3。经滤波的接收信号由一个模拟-数字转换器4转换为数字接收信号，并提供给计算电路5。该计算电路5把所接收的数字多载波信号分解成具有不同载波信号频率f₁，f₂，f₃，...，f_N的各种载波信号。计算电路5优选是一种滤波器组，具体地说是一种快速傅立叶变换电路(FFT)。载波信号的幅度通过连线6-1，6-2，6-3，...，6-N提供给具有对应编号乘法器7-1，7-2，7-3，...，7-N的乘法电路7。乘法器7-_i利用通过相关连线8-_i从可编程存储器9读出的加权因子G_i乘对应的载波信号。经过加权的载波信号通过连线9-_i提供给信道解码器10，该解码器10对经加权的载波信号进行解码，并对它们进行编辑，以形成一种数字数据流用于进一步的数据处理。信道解码器10优选为一种Viterbi解码器，这种Viterbi解码器常常具有与其下游连接的Read-Solomon解码器。信道解码器10通过连线11输出串行数字数据流以用于进一步的数据处理。

可编程存储器9能够通过接口电路12在外部被编程。接口电路12通过内部数据连线13与可编程存储器9连接。如图7以举例方式图解所表示的，可编程存储器9包含多个加权系数组G_i。各加权系数组G_i包括多个加权系数Gi，加权系数的数目N小于或等于相应的传输频带内子带SB的数目。不同加权系数组G_i的数目N可被选择，比如可选择为8。可编程存储器9通过地址线14连接到选择器15。选择器15从储存在存储器9中的M个多个不同的加权系数组中选择出一个特定的加权系数组G_i。最后，选择器15产生一个用于选择合适加权系数组G的地址。

在图3所示的本发明加权电路第一实施方案情况下，加权系数组G_i是根据一个预期的干扰信号能量而选择的，在图3所示的第一实施方案中，这个预期的干扰信号能量EP_stoer是通过连线16在外部设置的。干扰信号能量正比于由本底噪声N₀和外部干扰信号形成的累积干扰信号幅度的平方。并通过设置输入口17施加该预期的干扰信号能量EP_stoer。本发明加权电路18第一实施方案包括用选择出的加权系数去乘载波信号的乘法电路7，带有相关接口电路12的可编程存储器9，以及用于选择加权系数组的选择器15。

图4表示含有本发明加权电路18第二实施方案的一个多载波信号接收机1。对应的组成部分是用对应的参考符号给出的。

在图4所示的本发明加权电路第二实施方案情况下，选择器15对加权系数组G_i的选择不仅仅根据所设置的干扰信号能量EP_stoer，而且还根据平均频率偏移量。最后，加权电路18还包括通过连线20-1，20-2，...，20-N连接到输出连线6-1，6-2，...，6-N的载波频率检测器19-1，19-2，...，19-N。载波频率检测器19-_i确定出各载波信号实际的载波频率f_i，并把当前的或实际的载波频率f_i与该载波信号的标称频率f_sol1之间的差值或者偏移量Δ_fi通过相关的输出连线21-_i输出给偏移量平均电路22。这样的载波频率检测器19-_i在Heinrich Meyr，Stephan，A.Fechtel所著，John Wiley and Sons出版社于1998年出版的“Digital Communications Receivers(数字通信接收机)”一书的第8节(445-504页)中有所描述。偏移量平均电路22对各种载波信号所有已确定的平均频率偏移量计算出一个平均的f_{OFFSET-mittel}。偏移量平均电路22优选为一种正比-积分计算元件。这种情况下，优选平均时间是可设置的。

图10表示一种有正弦干扰信号的OFDM接收信号的谱。如从图10看到的，非正交正弦干扰信号位于所接收的OFDM信号的框架之外，该OFDM信号包括具有不同载波频率f_i的多个载波信号。利用快速傅立叶变换电路5对该OFDM信号进行解调制，可以将干扰信号的能量分布在周围的子载波或载波信号上，衰减程度取决于子载波和寄生频率。这样，本发明加权电路18为约定的载波信号数目降低了发生在快速傅立叶变换电路5的输出连线6-_i上的干扰，使得可按预先确定的噪声水平进行设置。

由外部干扰信号和噪声形成的累积干扰信号的能量水平可得到为：

EP_stoer＝10·log[10^0.1*N ₀+10^0.1*NF]以分贝为单位     (2)

这里，累积干扰信号的能量水平EP_stoer取决于外部干扰信号NF和本底噪声N₀。

根据预期的干扰信号能量EP_stoer，对加权系数g_i的计算如下：

g_i＝10^EPstoer/20           (3)

假如，比方，噪声被规格化至0分贝，并且假如在快速傅立叶变换后子载波上干扰信号的水平比噪声信号的高10分贝，则按等式(2)，干扰信号和噪声的总能量EP_stoer为：

10·log[10⁰+10^0.110]＝10.414dB。

由此，计算出的加权因子G_i为10^{(-10.414：20)}＝0.3015。

在实施本发明加权电路18的情况下，可提前计算出含有适当数量加权系数g_i的一个加权组G_i，并且通过接口电路12写入存储器9中。由选择器15选择出的加权系数通过乘法电路7与载波信号相乘。这种情况下，或者，如图4所示，不同载波信号的幅度在进行乘法之前被缓冲储存在包括各种闭锁组分24′i的缓冲存储器24中，或者用这些已被读取的加权系数去乘N-个载波信号幅度组成的下一个块，这些幅度是FFT电路5的输出。

图5表示出本发明加权电路18的第三实施方案。

在这个实施方案中，选择器15对存储器9内的加权系数组G_i进行选择时，不是根据预期的外部设置的干扰信号能量，而是根据由评估单元25确定的评估的干扰信号能量。评估单元25通过连线26与模拟-数字转换器4的下游连接，并根据所接收的数字多载波信号去计算最大干扰信号水平。为了计算第一交互关联值k₁，评估单元25在呈现于ADC4输出处的接收信号与至少一个待预期的干扰信号之间实现第一交互关联，为了计算第二交互关联值k₂，评估单元25在所接收信号与一个已通过90°相移的待预期的干扰信号之间实现第二交互关联。在两个交互关联值k₁，k₂的基础上，由评估单元计算出接收信号中当前干扰的能量为，

E_stoer～k₁ ²+k₂ ²

评估单元25优选存储待预期的多种干扰信号，比如相互之间频率已经产生位移的干扰信号。待预期的干扰信号可选为有不同的信号形状，使之能模拟由于不同信号源或者信号畸变的干扰信号。评估单元25分别通过连线26和连线27把所计算的最大干扰信号能量E_stoermax和相关干扰信号的相关号码输出给选择器15，干扰信号的相关号码用于表明相关的干扰信号。

选择器15根据干扰信号的相关号码选择出一个加权系数组，该相关号码可表明干扰信号的类型或者信号的形状，以及计算出的干扰信号能量。

图6表示的是本发明加权电路18进一步的一个优选实施方案，其中数据以串行方式处理。在这个优选实施方案中，加权电路18只包括一个乘法器7。在如图6所表示的实施方案中，计算电路5为不同载波信号所确定的幅度以串行方式被读出，并缓冲储存在缓冲存储器24中。载波频率选择器19确定载波信号当前的载波频率并把与标称值的差值储存在平均电路22的缓冲存储器中。如果，比方，子-带数目为1024，则缓冲存储器24将为不同载波信号缓冲存储1024个幅度，这样，平均电路里的缓冲存储器就具有被相继写入其中的1024序列差值，这些差值由偏移量平均电路22进行平均。这种情况下，优选计算最后的1024*K载波信号的滚动平均。在一个优选实施方案中，数K在这种情况下是可设置的。为各载波信号缓冲存储在缓冲存储器24中的幅度以串行方式被读出，并被乘法器7利用相关的加权系数G_i加权，这些加权系数同样以串行方式被读出。图6所示本发明加权电路18的实施方案的优点在于仅仅只要装备一个乘法器7，这就表示降低了实施加权电路18的电路复杂程度。

图8表示一个用于解释本发明加权电路工作方式的流程图。

在起始S₀之后，在步骤S₁接收机接收多载波信号，并利用调谐器2，反混淆滤波器3和模拟-数字转换器4把它转换成数字载波信号。

在步骤S₂，计算电路5把多载波信号分解为N个不同的子载波或者是具有不同载波信号频率f_i的载波信号。优选采用快速傅立叶变换对信号进行分解。在步骤S₃，幅度被优选缓冲存储在缓冲存储器24中。在下一步骤S₄，载波频率选择器19为各载波信号确定频率偏移量。

在下一步骤S₅，偏移量平均电路对载波频率选择器所选出的多个频率偏移量计算出一个算术平均值。

在步骤S₆，选择器15根据预期的干扰信号能量和平均频率偏移量选择出合适的包括多(N)个加权系数g_i的加权系数组G_i。在步骤S₇所选择的加权系数组G_i被读出，这里，乘法器7-_i已经用这些加权系数乘相应的多路信号而使信号加权。

接着，在步骤S₈利用信道解码器10对信道进行解码。

在步骤S₉过程结束。

图9a表示，比方，在连线6-1，6-2，6-3上利用本发明加权电路18加权的三个具有不同载波信号频率f₁，f₂，f₃的载波信号。各种载波信号的能量正比于各该载波信号幅度的平方。在图9a所示的例子中，载波信号频率为f₁的第一载波信号具有的有用信号能量S₁相对较高，而干扰信号能量N₁较低。干扰信号能量N₁由本底噪声N₀中和外部干扰信号NF中的能量形成。在所示的例子中，处于载波信号频率f₂的第二多载波信号的总能量和第一载波信号的一样，不过在第二载波信号中干扰信号能量N₂占的份额显著要高。因此，第二载波信号的信号能量S₂较低。图9a表示出第三载波信号的能量，作为举例，其干扰信号的能量与第一载波信号的干扰信号能量N₁严格地在同样一个水平上。

图9b表示在本发明加权电路18的输出连线9-_i上已被加权的载波信号。本发明加权电路18对所述三个载波信号加权，使得被加权的第一载波信号的干扰信号能量N₁，第二载波信号的干扰信号能量N₂，以及第三载波信号的干扰信号能量N₃具有相同的大小。从图9b可以看出，有用信号能量在总信号能量中占有份额相对较小的载波信号2比载波信号1的权重低，在载波信号1中，有用信号能量S₁与干扰信号能量N₁的比值要有利得多也大得多。即使在本发明加权电路18入口处载波信号2所具有的权重和载波信号1的一样，而本发明加权电路18的输出可以使生成的载波信号2的权重降低为载波信号3的权重。在本发明加权电路18中，对具有较高信号-噪声比SNR的载波信号所赋予的权重高于具有较低信号-噪声比SNR的载波信号。在进行估计时，本发明加权电路对受干扰的载波信号或者子载波信号所赋予的可信度低于受干扰程度较低的载波信号或者子载波信号。本发明加权电路18把输出干扰轮廓线散布在所有的子载波上。由于本发明加权电路18使信道解码器10输出的数据流位错率BER显著降低，从而接收机1的总体接收质量得到大大改进。

                        附图标记列表

1      接收机

2      调谐器

3      反混淆滤波器

4      模拟-数字转换器

5      计算电路

6      连线

7      乘法器

8      连线

9      存储器

10     信道解码器

11     输出连线

12     接口

13     编程线

14     地址线

15     选择器

16     设置线

17     设置输入口

18     加权电路

19     载波频率检测器

20     连线

21     连线

22     偏移量平均电路

23     连线

24     缓冲存储器

25     评估单元

26     连线

27     连线

Claims (6)

1.一种接收机(1)的加权电路，该接收机用于接收包含载波信号的多载波信号，

其中，该加权电路(18)对载波信号加权，使得所有被加权的载波信号的干扰信号能量具有相等的大小，

其中，该加权电路(18)具有一个储存多个加权系数组(G_i)的存储器(9)，以及一个选择器(15)，该选择器根据所接收信号中一个预期的干扰信号能量从储存在存储器(9)中的加权系数组中选择出一个加权系数组，

其中，所预期的干扰信号能量E_stoer是由一个评估单元(25)利用：E_stoer～k₁ ²+k₂ ²进行计算，其中k₁是在所接收信号和一个待预期的干扰信号之间的第一交互关联，而k2是在所接收信号和一个已通过90°相移的待预期的干扰信号之间的第二交互关联。

2.如权利要求1的加权电路，其特征在于，

该加权电路(18)具有至少一个乘法器(7-_i)，该乘法器(7-_i)用储存的加权系数(g_i)去乘相关的载波信号，该加权系数(g_i)来自选择出的加权系数组。

3.如权利要求1的加权电路，其特征在于，

能够通过一种接口对该存储器(9)进行编程。

4.如权利要求3的加权电路，其特征在于，

所述多载波信号被一个计算电路(5)分解为多个载波信号。

5.如权利要求4的加权电路，其特征在于，

该计算电路(5)是一种快速傅立叶变换电路。

6.如权利要求5的加权电路，其特征在于，

由该计算电路(5)分解的载波信号被缓冲存储在一个缓冲存储器(24)中。

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